在 Excel 中模拟流程:能做什么,哪里是天花板
在 Excel 中可以重现每个步骤的利用率、用于等待时间的 Kingman 近似,并且使用随机数甚至可以进行一次 Monte Carlo 抽样。有三件事做不到:跨数日累积并随后消散的等待队列、步骤之间的串联(某一步永远不会让通过量超过其前面最慢一步的放行量)以及包含班次和集中运行的日历。恰恰是这三者决定了行政流程的结果。用于粗略估算时电子表格就够了;一旦成为商业案例,就需要一个具有真实事件仿真的工具。
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在 Excel 中实际上能做的事情
不少。谁在下面搭建了这三种计算,就比大多数流程项目更进一步。
1. 每一步的利用率
ρ = (每天数量 × 处理时长) ÷ (人数 × 有效工作小时 × 60)
每一步一列,按降序排列。最大的值就是您的瓶颈。超过 85 % 的都是警报值。这是整个项目中最重要的数字,算它只需十分钟。
2. 等待时间的近似
Kingman 公式可以写成一个单元格:
Wq ≈ (ρ / (1 − ρ)) × ((ca² + cs²) / 2) × te
其中 ca 和 cs 为变异系数(标准差 ÷ 平均值),te 为平均处理时长。对于入口稳定的单一步骤,这给出一个可用的数量级并立刻说明为何 85 % 的利用率代价昂贵。
3. 手工 Monte Carlo
每行代表一个被模拟的作业,用 ZUFALLSZAHL() 从分布中抽取时长,做一千行,然后用 QUANTIL() 得到 P10、P50 和 P90。这样您得到一个分布而不是一个均值。这比通常的点估计大大进步。
用附加工具(@RISK、Crystal Ball、ModelRisk)会更方便,但原理不变。
三面墙
墙 1:随时间变化的队列
Kingman 计算的是一个“稳态”。表格里没有体现的是,在月初形成的积压需要两周才能消化完,因为消化时只能用容量与到达量之差,而不是全部容量。
具体例子:一个年均利用率为 71 %、旺季周利用率为 148 % 的流程,在平静季度的周转时间为 9 天,而在之后则为 46 天。表格只计算 71 % 并说“健康”。
墙 2:串联效应
任一步骤看到的作业数量从不超过其前面最慢步骤放行的数量。
只要审核步骤的利用率为 114 %,后面的放行看起来无压力。放行会收到一个受限的数量。如果您解除审核,放行就会接到完整量,自己成为新的瓶颈。表格按步独立计算,看不到这种变化。
这是业务案例在实际运行中无法实现的最常见原因:承诺的节省是在被解除的瓶颈上计算的,而效果却被下游限制住了。
墙 3:日历因素
每周两次的汇总运行、仅在工作日进行的放行、无人替班的休假、班次交接。每一项都会产生等待时间,这些等待不是由利用率产生的,因此没有公式可描述,而是由时间点决定的。
测试:您需要超过 Excel 的工具吗?
五个问题。任何一个“是”就足够。
- 某步的利用率是否超过 80 %?
- 您的入口是否明显波动,例如月末、季节性或活动引起的波动?
- 您是否要评估一项会解除瓶颈的变更?
- 是否存在只在特定时间发生的汇总运行、班次或放行?
- 是否有人需要签字并会提出质询?
如果五项都为“否”,表格就是合适的工具,其他都是无收益的工作量。
按情形排列的替代方案
| 您的情形 | 适合的替代方案 |
|---|---|
| 您只需要更好的离散性,而非排队模型 | Excel 的 Monte-Carlo 附加 (@RISK、Crystal Ball) |
| 您的团队会写 Python | SimPy、Salabim 或 Ciw:开源、完整的事件模拟 |
| 您在做工厂布局 | 仿真实验室:Arena、Simul8、FlexSim、Simio、Plant Simulation |
| 您本来就在 BPMN 中建模 | Bizagi Modeler、Signavio、ARIS:按版本检查仿真功能范围 |
| 您需要对一个行政流程做出以欧元计的决策 | 精简的决策工具,如 FlowVisual |
实际的过渡步骤
您可以从表格里带走的比想象的更多:
- 步骤清单:通常已有五到十行,正好合适。
- 数量与能力:那些您已经维护的列。
- 处理时长:这次以区间而非平均值来表示。分别询问三位处理者,并取他们回答的区间。
新增内容包括:入口的峰值因子、日历、放弃率。传入这些数据大约需要二十分钟。
最后的核验,同样适用于 Excel 和仿真器:数出在制品库存,用日吞吐量除之(Little's Law),与计算得到的周转时间比较。如果实测明显更高,模型中缺少了一个队列。
在 Excel 中应保留的内容
并非一切都要迁移。成本核算(完全成本率、数量框架、年化估算)在表格中表现良好,且每位核算人员都能审查。常见错误见 Prozesskosten in Excel。
不应放在表格里的是周转时间。它源于队列,而队列恰恰是表格做不到的。
常见问题
可以在 Excel 中模拟流程吗?
可以到一定程度。每步的利用率、用 Kingman 近似估算等待时间,以及用随机数做 Monte Carlo 抽样,都可以复现。无法表示的是随时间变化的排队、步骤间的连锁以及带有集中运行的日历。正是这三者决定了行政流程的结果。
@RISK 或 Crystal Ball 可以替代仿真工具吗?
它们解决了一个问题:将点估值变为分布,并提供 P10–P90 而不是单一均值。它们不能改变计算结构:即便使用附加工具,表格依然是把处理时间相加,而不是让工单在被占用的步骤前等待。对于带不确定性的成本计算它们很好,对于通过时间则不够。
我怎么发现我的 Excel 计算过于乐观?
看 Little's Law。数一数今天在等待的工单并除以日吞吐量。如果用这种方式测得的通过时间明显高于计算值,说明您的表格缺少等待时间——这在某步骤利用率超过 80% 时几乎总是发生。
与仿真工具相比最重要的区别是什么?
连锁效应。表格逐步单独计算每个步骤,模拟器让工单流经所有步骤。因此表格看不到某一流程在瓶颈之后显得宽松仅仅是因为被限速,且在解决瓶颈后该步骤本身会成为新的瓶颈。
为单个项目切换值得吗?
如果某项决策关系到可观金额:值得,因为工作量约为半天,而且电子表格系统性地偏乐观计算。如果只是粗略估算且无需任何人签字:不值得。此时电子表格更诚实,因为它并不假装自己是模型。
在您自己的流程上进行计算验证
FlowVisual 会把本文中的数字变成一个可运行的模型,使用您的数量、您的产能、您的利润率。
Guide: seven steps to the number